Sanoat avtomatlashtirish tizimlarining dizaynerlari qiyinchiliklarni kuchaytirmoqda. Bunday uskunalarni o'rnatish hajmi va termal cheklovlarga olib kelishi mumkin. Qattiq elektron uskunalar zich tartibga solinadigan kuchlanishni talab qiladigan qattiq sanoat muhitida mijozlar yuqori ko'rsatkich va funktsional imkoniyatlarni talab qiladi. Ushbu ikki qismli seriyalarning 1-qismida biz sanoat energiyasini etkazib berish va umumiy echimlar bilan bog'liq parvarishlarning qarama-qarshi talablarini o'rganamiz.
Kirish
Sanoat avtomatlashtirish tizimini loyihalash noyob muammolarni taqdim etadi. Aslida, bu qarama-qarshi talablar hikoyasidir. Dasturiladigan mantiqiy kontrollerlar (PLCS) va I / O modullari kabi arzon narxlardagi modulli qismlarni joriy etish muhandis va echimlarga og'ir joy va issiqlik cheklovlarini joylashtiradi. Ushbu muammolar axloqsizlik, namlik va tebranishlarga moyil bo'lgan qattiq sharoitlarda juda ishonchli operatsiyani ta'minlash zarurligi bilan yanada kuchayadi.
Bundan tashqari, mijozlar keyingi avlodlardagi faoliyatni kutishadi, barcha avlodlar, jihozlarning o'lchami, issiqlik avlodi va narxi oshmasdan. Bunday qo'shimcha qurilishlar ko'pincha elektronikadagi yutuqlarga asoslanadi, ammo ko'pincha narxga tushadi: eng kam energiya ta'minotidan kamroq energiya ta'minotidan tashqari barqaror bo'lib qolishi kerak.
Biroq, muhandislar mijozlar tomonidan sezilmaydi va ko'pincha qimmatbaho makonni behuda sarflashini rejalashtiruvchini sarflashni istashmaydi. Buning o'rniga muhandis avtomatlashtirish tizimini raqobatdan farq qiladigan narsalarga e'tiboringizni qaratishni afzal ko'radi.
Yarimo'tkazgichlar etkazib beruvchilari sanoatni elektr tarmog'ining ko'plab asosiy funktsiyalarini kiritish uchun dizaynerlarning qarama-qarshi ehtiyojlariga javob berishdi. Biroq, sanoat avtomatlashtirish tizimlarida ishlatilgan 12, 24 yoki 48VCC etkazib berish materiallari tomonidan boshqariladigan modullar kuchlanishli qisqichlar bilan himoyalangan bo'lishi yoki elektr tarmog'idagi kuchlanishning ta'sirini qo'llash uchun asenkron almashtirish texnikasidan foydalanish kerak. Ikkala echim ham kattaroq, qimmatroq va kam quvvatli energiya tizimiga olib keladi - aynan qaysi tizim muhandislari qochishga harakat qilmoqda.
Ushbu ilovaning qayd etilishi ikki qismli sanoat nazorati bo'yicha tartibga soluvchilar bo'yicha ikki qismning 1 qismidir. Bu erda biz sanoat nazorati arxitekturalari va ularni noyob, loyihalash qiyin bo'lgan elektr ta'minot arxitekturasini muhokama qilamiz. Ushbu ketma-ket 2-qismda biz eng so'nggi kremniyning yangi kremner qurilmalarini innovatsion chip dizaynidan foydalanadigan keyingi avlod energiyasining keyingi avlodini muhokama qilamiz.
Sanoat nazorati arxitekturasi
Sanoat nazorati bo'yicha arizalarga (ayniqsa, plitserni ishlatishga) 24VDC-dagi 18VCC amalda bo'lganida, 12VCC ham keng tarqalgan va ko'pincha batareya zaxira kuchlari, masalan, fotoellytaik (PV) panellari kabi alternativ energiya manbalari sifatida ishlatiladi. So'nggi paytlarda Ethernet (Po) Davlat tomonidan ishlab chiqaruvchilarni standarti 48VC tomonidan belgilangan 48VC etkazib berish uskunalari loyihalarini loyihalashtirishni rag'batlantirdi. 24VC elektr ta'minoti yordamida odatiy sanoat nazorati tizimi 1-rasmda keltirilgan.
1-rasm. Oddiy sanoat nazorati tizimi.
Tizim sensorlardan ma'lumot olish yoki aktuatorlarga, ko'p kanalli analitlarni, ko'p kanalli analoglarni, aloqa funktsiyalari, aloqa funktsiyalari, aloqa funktsiyalari va protsessor va protsessor va protsessor va protsessor (CPU) raqamli raqamli va protsessor (CPU) raqamli raqamli va protsessor (CPU) raqamli plitka bilan bog'liq. Quvvat 24VCC ga tushirilgan va orqa tomondan tarqatilgan yordamdan quvvat oladi.
Tizimning elektr ta'minotini batafsil ko'rib chiqing, turli xil tizim komponentlari tomonidan talab qilinadigan turli xil voltaj va joriy darajalar tufayli murakkabligini aniqlaydi. 2-rasmda elektr arxitekturasining kichik qismi ko'rsatilgan. 120VAC / 230VAC asosiy elektr ta'minoti dastlab 12VDC yoki 24VDC tizimni moliyalashtirish modeli yordamida amalga oshiriladi. Tizimda ushbu orqa kuchlanish alohida komponentlar talab qiladigan pastki kuchlanish darajasiga ko'tariladi.
2-rasm. Sanoat avtomatlashtirish tizimining Davlat arxitekturasining bir qismi.
Masalan, plec mikroprosessoridan iborat, raqamli signal protsessor (DSP) va dala dasturlash moslamasi massiv (FPGA). Ushbu qurilmalar 5V dan 1V gacha bo'lgan kuchlanish oralig'ini talab qiladi. Biroq, butun PLC joriy 3,5A gacha talab qilishi mumkin. Shunga o'xshab, ko'p kanalli analog i / o modullar turli kuchaytirgichlar, analog-raqamli konvertorlar (ADCS) va 5Vtmik konvertorlar uchun 500mgacha bo'lgan va ko'p tarmoqli va ko'p sonli materiallar uchun kerak.
Vaziyatni murakkablashtirishi uchun, dizaynerlar vaqtincha kuchlanishli siljishlarni ("haddan tashqari oshirib yuborish" ("haddan tashqari yuklamalar" ("haddan tashqari yuklamalar" yoki sanoatni avtomatlashtirish tizimi sifatida taqqoslaydigan og'ir yuklarni almashtirish bilan bog'liq. Elektr kuchlanish arxitekturasi, masalan, elektr ta'minoti modulida 12VC yoki 24VCC-ni 12VC yoki 24VC gacha bo'lgan kuchlanishni olib tashlaganda, ayniqsa kommutatsiya rejimi moslamalaridan foydalanganda, elektr ta'minoti modelini kesib o'tishi mumkin.
Ushbu haddan tashqari tadbirlar shunchalik keng tarqalgan bo'lib, xalqaro elektrokimmisi (IEC), masalan, muhandislar o'zlarining tizimlarini ularga qarshi dizaynga o'rgatishadi. Masalan, IEC 60664, bu past kuchlanishli (1Kvac va 1.5kvdc) tizimlarida izolyatsiyani muvofiqlashtirish bilan shug'ullanadi, ular "Sanoat II" uskunalari (shu jumladan sanoatni avtomatlashtirishda ishlatiladigan uskunalar turlari) 60V gacha bo'lgan etkazib berish bilan bog'liq bo'lishi kerak.
DC-DC Voltage Nizom asoslari
DC-DC volttage konversiyasi (yoki "Nizom") - bu katta biznes va yarimo'tkazgichlar etkazib beruvchilar barcha ilovalar uchun keng turdagi mahsulotlarni ishlab chiqarishda katta mablag 'sarflashgan. Qurilmalar ikki guruhga bo'linadi: past tomchi regulyatorlari (LDOS), shuningdek chiziqli tartibga soluvchilar deb nomlanadi; va tartibga soluvchilarni almashtirish.
Ilovaning ishlangan xususiyatlariga nisbatan ehtiyotkorlik bilan moslashtirilgan bo'lsa, kommutatsiya regulyatorlari LDO ga nisbatan keng qamrovli kuchlanish oralig'ida ko'proq samaraliroq bo'ladi. Bundan tashqari, kommutatsiya regulyatorlari osonlikcha ishga tushishi mumkin ("kuchaytirish"), pastga tushadi ("BUC") va kuchlanishlarni o'zgartiradi. (E'tibor bering, sanoatni avtomatlashtirish tizimining ayrim qismlari attart kuchlanishni talab qiladi. Qarama-qarshi, LDOS faqat kuchlanishni pasaytirishi mumkin.
Saytda almashtirish regulyatorlari osongina foydalanish uchun bitta noqulayliklarga ega: regulyatorning dizayni ancha murakkab. Buning sababi shundaki, chiqishni filtrlash yuqori chastotali kommutatsiya operatsiyalari natijasida hosil bo'lgan kuchlanish va oqim kuchlanish va oqimlarni kuchaytirish talab qilinadi. Bu sezgir chiplar uchun muammolarni keltirib chiqaradi va elektromagnit shovqin (EMI) hosil qiladi. Shunga qaramay, ko'plab zamonaviy dasturlarni ishlab chiqadigan muhandislar tobora ko'proq kommutator regulyatorlarini yoqtirishadi.
Kommunallarni kommutatsiya registratorlarining ishlashi kaliti - metall oksidi yarimo'tazligi effektlari (Mospets) moslama qurilmalarini yoqish kabi foydalanishdir. Mosfet yoqilganda, hozirgi kunda ham energiyani saqlaydigan tashqi tekislikdagi ekskursiyaga. Mosfet o'chirilganda, indikator saqlanadigan energiyani yukqa taklif qiladi.
To'qnashuv kengligi (PWM) odatda ishlab chiqarish kuchlanishini boshqarish uchun ishlatiladi. Chastotani doimiy va puls kengligi ("On-VIDEA") kerakli kuchlanishni ta'minlash uchun sozlangan. Regulyatorning yuqori chastotali kommutatsiya tizimdagi yo'qotishlarni cheklaydi, bir qator kirish va yuklarni nisbatan barqaror kuchlanish chiqishini ta'minlaydi.
Astrahron topologiyasida o'chirilgan sozlama (3-rasm), induktorda saqlangan energiya, ya'ni Mospet Off tsiklida yukni to'g'ridan-to'g'ri yuklashga undaydi. Buning o'rniga, u tashqi sekary diodida tarqalmoqda. Agar induktura kutilgan yuk asosida tanlangan bo'lsa, kommutatsiya regulyatori doimiy ravishda o'tkazuvchanlik rejimida ishlaydi va shu bilan barqaror tartibga solinadigan kuchlanishni ta'minlaydi.
3-rasm. Ashynkronousni sozlamasligi zanglash.
Ushbu kommutatsiya regulyatorlarining asosiy samaradorligi ikkita asosiy omil bilan belgilanadi: tashiydigan diod va teskari oqilona kuchlanish qurilmaning teskari kuchlanish pasayishi. Zamonaviy qurilmalarda oldinga yo'naltirilgan kuchlanish tushishi 0}} {}} ga yaqinlashmoqda. 3V. Bu juda ko'p ko'rinmaydi, ammo bu doimiy qurilma iste'moli va samaradorlikni kamaytirishga olib keladi.
Noto'g'ri diodni Mosfet bilan almashtirish samaradorlikni yaxshilaydi, chunki transystorning dastlabki dimoga qaraganda oldinga chidamliligi (va yo'qotishlar) dastlabki diapazonni oshirish uchun oldinga intilish (va yo'qotishlar). Ushbu tumandagi ikkita moda ikki ta miketning ishlashi sinxronizatsiya qilinishi uchun sinxronlashtirilishi va boshqa o'chadi.
4-rasm. Sinxron sumka regulyulyulyulyatorlari.
Sinxron regulyator deb ataladigan ikkinchi miketni modulga birlashtirish mumkin. Tashqi Schotkky Diodni bartaraf etishdan tashqari, bu soddalashtiradiSinat dizayniva materiallar to'g'risidagi qonunni kamaytiradi (bom).
Sinxron regulyator dizaynining yon ta'siri shundaki, ikkita mikroavtobusning (ya'ni induktiv yo'qotishlarni ikki baravar oshirish), ya'ni induktorning ikkala yo'nalishda ham oqadi. Bu asenkron turdagi birlashtirilgan oqim bilan taqqoslanadi. Sinxron regulyatorlarda yo'qotishlar odatda kichik, ammo qurilma samaradorligi ekvivalent asenkron turidan ko'ra ancha katta bo'ladi.
Asosiy yarimo'tkazgichlar etkazib beruvchilar turli xil texnikalardan foydalanib, ushbu kamchilikni ko'rib chiqdilar. Masalan,MiximBirlashmabir qatorni joriy etdiyuqori voltliMax17503 kabi sinxron regulyatorlar, masalan, rejim funktsiyasiga ega bo'lgan ish rejimida, PWM, pulse-chastota modulyatsiyasi (PFM) va uzaytirish rejimi (DCM). DCM, shuningdek, pastki yuklarda samaradorlikni oshirish uchun teskari indurtura oqimini ham yo'q qiladi, ammo pulslarni o'tkazib yubormaydi. Bu chastota sezgir dasturlariga mos DCMga mos keladi.
Qisqacha ma'lumot
Yuqori kuchlanishli, yuqori mahsulotli sinxron tartibga soluvchilar ixcham, samarali va dizaynerlik elektr modulilari uchun sanoatni avtomatlashtirish ehtiyojlarini qondiradi. Sanoat energiyasining dilemmalariga bir nechta omillar o'z hissasini qo'shdi, ammo barcha ehtiyojlarga javob beradigan yuqori voltli almashtiruvchi arxitektura mavjud. Mavjud komponentlarni tanlash cheklangan bo'lsa-da, dipgik tizimning barcha DC-DC kuchlanishni o'zgartirish talablari, tipik tizimning bir necha yuz MillimiMps-ni bir necha amsgacha bo'lgan elektr energiyasini olishda davom etmoqda. 2-qismda biz Sinxron regulyatorlarda yangi innovatsiyalar energiya sarfini tezlashtirishga yordam beradi.